6. Materiales Utilizados Para la realización de este proyecto hemos utilizado los siguientes materiales: PARA LAS PIEZAS: -Acero F127 -Acero F125 -Aluminio -Bronce -Metacrilato PARA LOS ÚTILES: -Acero F112/ F114 -Cobre Se denomina acero a toda aleación de hierro-carbono cuyo contendido en carbono se sitúa generalmente por debajo del 2% y superior al 0,03%. Este diagrama muestra las fases existentes en las aleaciones hierro- carbono enfriadas muy lentamente, a varias temperaturas y composiciones de hierro con porcentajes de carbono (hasta el 6,67%). A partir de este diagrama, puede predecirse el tipo de constituyente mayoritario que tendrá la aleación en función de la temperatura y del contenido (%) en carbono; conociendo los constituyentes será posible predecir las propiedades que tendrá la aleación. Es una herramienta muy útil que indica cómo, cuándo y en qué condiciones debe realizarse un tratamiento térmico y los resultados que deben esperarse del mismo.
DIAGRAMA Fe-C
TIPOS DE ACERO: Desde el punto de vista comercial, los aceros se pueden clasificar en: Aceros con bajo contenido en carbono: constituyen la mayor parte de todo el acero empleado. Contienen menos del 0,25% en peso de carbono, no responden a tratamiento térmico para obtener martensita (temple) ni se puede endurecer por acritud. La microestructura que presentan se corresponde a ferrita y perlita por lo que son relativamente blandos y poco resistentes pero con extraordinaria ductilidad y tenacidad. La adición de elementos como Cu, V, Ni y Mo mejora mucho sus resistencia mecánica que puede aumentar aplicando un tratamiento térmico adecuado y, además, mantiene su facilidad para el mecanizado. Estos aceros, denominados de alta resistencia y baja aleación, se emplean en componentes donde la resistencia mecánica es crítica: puentes, torres, columnas de soportes de edificios altos, bastidores de camiones y vagones. Aceros medios en contenido en carbono: contienen entre del 0,25% y el0,60% en peso de carbono. Estos aceros pueden ser tratados térmicamente mediante austenización, temple y revenido para mejorar sus propiedades mecánicas. La microestructura es, generalmente, martensita revenida. La adición de elementos como Cr, Ni y Mo facilita el tratamiento térmico de estos aceros que, en ausencia de estos elementos es más difícil. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono pero menos dúctiles y maleables. Se suelen utilizar para fabricar martillos, cigüeñales, pernos, etc. Aceros con alto contenido en carbono: contienen entre 0,60% y 1,4% de peso en carbono. Son más duros y resistentes (menos dúctiles) que los otros aceros al carbono. Casi siempre se utilizan con tratamientos de templado y revenido que los hacen muy resistentes al desgaste y capaces de adquirir la forma de herramienta de corte. Generalmente, contienen Cr, V, W y Mo que dan lugar a las formación de carburos muy duros. Se utilizan para herramientas de corte, matrices para fabricar herramientas.
El material más utilizado en este proyecto fue el F 127. Las características fundamentales se pueden ver en la siguiente tabla: F127 COMPOSICIÓN QUIMICA % C Mn Si Cr Ni Mo V Pb Otros 0,30 0,55 0,23 0,65 2,50 0,40 EQUIVALENCIAS APLICACIONES UNE Acero aleado al Ni-Cr-Mo (níquel-cromo-molibdeno), de DIN 32NiCrMo10-4 media-alta aleación y de temple en aceite. Acero de gran STAND Nº 1.6743 templabilidad con lo cual presenta, después de un revenido AFNOR 30NCD12 alto, una buena combinación de resistencia y tenacidad; aun en piezas de gran sección o espesor. Es adecuado para piezas de grandes dimensiones, dentro de una banda de resistencia comprendida entre los 90 y 110 Kg/mm2: cigüeñales, ejes, bielas, husillos, y, en general, piezas sometidas a grandes esfuerzos de fatiga, flexión, torsión, choques, etc. Se utiliza ya tratado a la resistencia antes mencionada (Rm = 95 120 Kg/mm2.), según espesor o sección. Otras características de este material son: -Su resistencia normalizada es de 500 N/mm 2 aproximadamente. -Su alargamiento está entre 18 y 24. -Dureza Brinell 135 160. -Soldable y deformable. -Tratamientos de normalizado 875 925. Recocido contra acritud de 600 750. -Se utiliza en piezas de resistencia media y buena tenacidad
Otro de los aceros utilizados fue el F114 cuyas características principales son las siguientes: F 1140 COMPOSICIÓN QUIMICA % C Mn Si Cr Ni Mo V Pb Otros 0,45 0,70 0,25 EQUIVALENCIAS APLICACIONES UNE F -1140 Acero muy económico y universal, de medio-alto carbono DIN Ck45 (C = 0, 40 0,48%) con el que se consigue, cuando se templa STAND Nº 1.1191 y se reviene (bonificado), características muy aceptables AFNOR XC45 alcanzando una resistencia media de 70 90 Kg/mm2. Tiene una amplia gama de utilizaciones: piezas para maquinaria agrícola y para el automóvil en general, manguitos, tornillos, palancas, cubos de rueda, etc. No es recomendable para soldar. Con carbono alto se puede lograr buenos resultados al ser templado por inducción, donde se obtienen durezas de capa entre 50 y 55 HRC, aproximadamente. Otras características de este material son: -Su resistencia normalizada es de 400 N/mm 2 aproximadamente. -Su alargamiento está entre 23 y 28. -Dureza Brinell 110 135. -Fácilmente soldable y muy deformable. -Tratamientos de normalizado 900 940. Recocido contra acritud de 550 700 después de ser trabajado en frío.
La tapa lateral del cabezal angular fue fabricada en aluminio, puesto que no requería de gran robustez y sí que fuera de fácil mecanización. En este caso utilizamos un Al 2011. Esta es una aleación endurecible por envejecimiento, notable por sus características de mecanizado libre y buenas propiedades mecánicas. Es un material de fácil mecanizado; pueden usarse herramientas tanto de acero rápido como de carburo. Son preferibles las herramientas de carburo. Otras características de este material son: -Peso específico 2,7 Kg/dm 3 (26,5 KN/m 3 ), casi la tercera parte del hierro (7,87). -Punto de fusión 675 o C, punto de ebullición 2450 o C. -Resistencia a la tracción 100 N/mm 2, que puede llegar a 200 N/mm 2 cuando se lamina en frío; esta resistencia disminuye mucho a medida que aumenta la temperatura. -Su conductividad eléctrica es de 34,6m/Ohm mm 2, un 60 % de la del cobre. -Tiene una dureza de 28 HB fundido, y de 50 HB laminado duro. -Inoxidable al aire libre. Resistente al ataque de sustancias orgánicas. -Es dúctil y maleable. -Tiene buena maquinabilidad. Los casquillos necesarios para el cabezal angular fueron fabricados en bronce. Es un bronce autolubricado cuya composición química es la siguiente: COMPOSICIÓN QUÍMICA Cu C (Grafito) Fe Sn 86.3-90.5% 0-1.75% 0-1.0% 9.5-10.5% Las características mecánicas de este material son: PROPIEDADES MECÁNICAS Tensión Cedencia Elongación Porosidad Densidad 14 Ksi 11 Ksi 1 % 19 % Min. 5.6-6.5 gm/cm 3 Para la electroerosión de las bridas utilizamos un cobre electrolítico. Es tal vez el material más empleado en electroerosión para fabricar electrodos. Su pureza debe ser del 99,9 por 100. Sus propiedades físicas son: -Temperatura de fusión: 1083 o C (baja). -Resistividad eléctrica: 0,017 Ω mm 2 /m (muy buena). En cuanto a sus propiedades mecánicas se puede decir que: -No es fácilmente mecanizable. -Tiene un coeficiente de dilatación lineal (16 10-6ºC) que puede ser considerado alto con respecto al del grafito, pero suficiente para el empleo en electroerosión. -Tiene alto peso específico (8,95 Kg/dm 3 ), por lo que no sirve para electrodos voluminosos.
En cuanto a la parte superior del maletín de nuestro cabezal angular hemos utilizado como material una placa de metacrilato. Entre sus propiedades más importantes cabe destacar: -Muy alta transparencia: 92% (superior al vidrio) -Alta resistencia al impacto. Unas 11 veces superior al vidrio -Resistencia a la intemperie muy grande, sin signos de envejecimiento a través de los años. -Es un gran aislante tanto térmico como acústico -Es muy ligero en comparación con el vidrio -No desprende gases tóxicos al arder -Fácil de manipular, similar a la madera -No se puede doblar en frio -Se comercializa en placas o planchas, tubos, barras y bloques
7. Otros Procesos Una vez fabricadas todas las piezas de decidió que algunas de ellas pasaran por tratamientos superficiales y térmicos. El objetivo de estés tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas de los metales bien en dureza y resistencia mecánica o bien aumentando su plasticidad para facilitar su conformado. Siempre teniendo en cuenta que estos tratamientos no deben alterar de forma notable la composición química de un metal. Se pueden distinguir cuatro clases diferentes de tratamientos: TRATAMIENTOS TÉRMICOS: Con este tipo de tratamiento, los metales son sometidos a procesos térmicos en los que no se varía su composición química aunque sí su estructura interna y, por tanto, sus propiedades. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS: Los metales son sometidos a enfriamientos y calentamientos, a la vez que se modifica la composición de su capa externa. TRATAMIENTOS MECÁNICOS: Tienen por objeto mejorar las características de los metales por medio de deformación mecánica, pudiendo realizarse en caliente o en frío. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES: Se mejoran las propiedades de la superficie de los metales sin alterar su composición química. En este caso, a diferencia de los tratamientos termoquímicos, no es necesario someter el material a ningún proceso de calentamiento. Se tomo la decisión de que algunas piezas se le aplicarían tratamientos superficiales, para ello contamos con la colaboración de una empresa externa de la zona. De la misma manera se llevaron a cabo tratamientos térmicos en determinadas piezas. Con ello se buscaba obtener una máxima dureza y resistencia en determinadas piezas. Aunque son muchos los tratamientos térmicos que existen, en este proyecto hemos llevado a cabo uno fundamentalmente, el temple superficial. Se basa en un calentamiento superficial muy rápido, de tal forma que sólo una capa delgada alcance la temperatura de austenización, seguido de un enfriamiento también muy rápido. De esta forma conseguimos que el núcleo quede blando, con buena tenacidad y la superficie dura y resistente al rozamiento.
TRATAMIENTOS SUPERFIALES El tratamiento superficial es un proceso que se realiza para dar unas características determinadas a la superficie de una pieza. Debido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la atmosfera o con el agua, es necesario proteger la superficie de los componentes de acero para protegerles de la oxidación y corrosión. Muchos tratamientos superficiales están muy relacionados con aspectos embellecedores de los metales. Los más utilizados son los siguientes: ZINCADO: Recubrimiento de una pieza metálica con un baño de zinc para protegerla de la oxidación y de la corrosión, mejorando además su aspecto visual. Se oxida el zinc de la superficie con el aire (oxígeno) y retarda la corrosión interna. GALVANIZADO: Proceso electroquímico para recubrir un metal con otro. Sirve para proteger la superficie del metal sobre el que se realiza el proceso. El más utilizado es recubriendo con zinc, donde sumerges la pieza en un baño de zinc. PAVONADO: Aplicar una capa superficial de óxido abrillantado, compuesto principalmente por óxido ferrítico de color azulado, negro o café, para mejorar su aspecto y evitar la corrosión. ARENADO: Consiste en una la limpieza abrasiva utilizando arena propulsada por una corriente de aire para incidir en la superficie, eliminando contaminantes a través de la fuerza de su impacto. Este método de limpieza se utiliza para eliminar calaminas resistentes y pinturas y para preparación de metales ya que provoca una rugosidad en la superficie que permite una adherencia mecánica entre la superficie tratada y el sistema de pintura determinado.
PIEZAS ZINCADAS en DORADO: P2.03 PATA P4.03 BRIDAS
PIEZAS ZINCADAS en BLANCO: P2.04 CAJA 02 LLAVES FIJADORAS
PIEZAS PAVONADAS: P1.03 TAPA SUPERIOR P1.04 FIJADOR TAPA SUPERIOR P2.02 CAJA 01
RUEDAS DENTADAS PIÑONES CÓNICOS P3.01 CONJUNTO PUENTE TAPA
PIEZAS ARENADAS: P2.02 TAPA LATERAL